Движение электрона в электрических и магнитных полях. Приборы, созданные на особенностях движения электрона в электрических и магнитных полях. Основы зонной теории. Энергетические уровни, спектр. Микросхемы с памятью (регистры, триггеры, счетчики)

1) Движение электрона в электрических и магнитных полях.

!!!Электрон – материальная частица, имеющая определенную массу и электрический заряд q. При движении электрона в электрическом поле на него действует сила F=E/q , где Е – напряженность поля. Данная сила заставляет электрон перемещаться с ускорением а и подчиняется законам механики

a = qE/m

Отсюда следует что электрон приобретает в процессе движения скорость V=at и определенный запас кинетической энергии движении V=at; Ek = mV^2/2

!!!Свойства движения электрона в электрическом поле:

1.изменяя параметры электрического поля в заданной его конфигурации, можно управлять движением электрона, задавая ту или иную траекторию движению.

2.электрон в ускоряющем электрическом поле приобретает запас кинетической энергии движения.

3.в тормозящем электрическом поле электрон излучает электромагнитную волну, причем так как ускорение неизменно,  то полоса излучаемых частот равна бесконечности.

!!!Движение электрона в магнитном поле

Известно, что заряженная частица, влетающая в магнитное поле перпендикулярно силовым линиям и движется по окружности под действием силы Лоренца.

Fл = q[VxB]

Fл = qVBSin(альфа), где альфа = (V;B) При альфа=90 ͦ  Sin(альфа) = Пи/2; Fл = qVB,

qVB = mV^2/R; R = mV/qB = k*V/B, где k = m/q = const

Электрон, вращаясь по окружности, излучает электромагнитную волну.

2) Приборы, созданные на особенностях движения электрона в электрических и магнитных полях.

!!!Электрическое поле.

!!!Диод.

!!!Диод представляет простейший электровакуумный прибор, состоящий из вакуумированного баллона, внутри которого расположена система из двух металлических коаксиально расположенных цилиндра-электрода. Больший цилиндр-электрод называется анодом, меньший – катодом.

В катоде расположена нить накала, выполненная из вольфрама. Катод покрыт специальным веществом, обладающим максимальной термоэлектронной эмиссией. При приложении к аноду положительного потенциала между катодом и анодом возникает электрический ток. Диод используют как выпрямительный элемент для преобразования переменного напряжения в постоянный ток.

!!!Триод

Триод - простейшая электронная лампа с тремя электродами: катодом, анодом и управляющей сеткой.

Структура диода                        Включение триода в сеть

    

Триод отличается от диода тем, что в нем между катодом и анодом располагается электрод называемый сеткой. Сетка выполнена тонким проводом и представляет собой спираль.

Электрическое поле анод-катод воздействует на электроны, т. е. электроны, эмитированные с катода устремляются к аноду. Сетка расположена вблизи катода. 

!!!Электронно-лучевая трубка

 Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – есть электронный прибор, предназначенный для преобразования электрического сигнала в видимый сигнал и его вывода на экран. В ЭЛТ осуществляется эффективное уравнение движением электронного пучка на пути его движения от катода к аноду через систему управляющих электродов. Электронный пучок выводится на экран, покрытый люминофором, где происходит высвечивание точки.

Способы управления траекторией:

1) электромагнитный

2) электростатический

!!!Клистрон

Клистрон представляет собой триод, объединенный с объемным резонатором.

В клистроне можно выделить ускоряющее поле E_СК и тормозящее E_АС. На сетку подается положительный потенциал. Сетка редка, электроны попадают в объемном резонатор, где поле тормозящее. Электрическое поле сетка-катод для электрона является ускоряющим полем. Электрон движется ускоренно, его энергия возрастает.

В объемном резонаторе электроны, тормозясь в поле, излучают.

Клистроны генерируют мощность от  милливатт до десятков киловатт в см и мм диапазоне излучения.

!!!Магнитное поле

Электрон, вращаясь по окружности, излучает электромагнитную волну.

Такая способность электрона положена в основу работы магнетрона.

!!!Магнетрон – генерирующий прибор, является основой многих РЛС в качестве излучателя.

3) Основы зонной теории. Энергетические уровни, спектр.

!!!Атом водорода имеет планетарную структуру. Электрон вращается вокруг положительно заряженного ядра по строго определенным орбитам, на каждой орбите его энергия определяется 4 квантовыми числами: излучение и поглощение энергии электроном происходит только при переходе с одной орбиты на другую. Любые атомы других веществ имеют подобную, но более сложную структуру и подчиняются тем же правилам что и атом водорода. Электрон может двигаться только по такой орбите, вдоль которой укладывается целое число его волн. Остальные орбиты для электрона запрещены. Каждой разрешенной орбите соответствует своя скорость и кинетическая энергия электрона. Электрон может переходить с одной разрешенной орбиты на другую. Полная энергия электронов называется энергетическим состоянием атомов. Каждой разрешенной орбите соответствует свое энергетическое состояние, которое на диаграмме представляется в виде энергетического уровня.